长江三峡花岗岩地区优先流对渗流和地表径流的作用

为研究长江三峡花岗岩地区优先流对渗流和地表径流的影响,以长江三峡地区曲溪小流域作为试验用地,选择适当的土壤剖面作为观测剖面。采用自记流量计测量了优先流、渗流和降雨过程。在小流域出口处设置90°薄壁三角堰和水位计记录了地表径流过程,分析了优先流和渗流、地表径流之间的关系。结果表明,在同等降雨条件下,优先流晚于渗流出现,早于渗流停止。优先流流量在剖面渗流总量中的比例可达2.40%～48.72%。优先流水分通量最大可达剖面渗流水分通量的17200倍,会在很大程度上增加土壤水分运动通量。在同场降雨中,优先流的介入使得渗流流量峰值出现时间提前。优先流的出现导致地表径流峰值出现时间延迟,洪水历时过程延长。前期影响雨量及产流次雨量较小时,优先流与地表径流之间相互影响较大。     

长江三峡花岗岩地区降雨因子对优先流的影响

为研究降雨对优先流的影响,在长江三峡花岗岩地区,选择了一受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地。采用自记流量计记录了优先流过程,同时对降雨过程进行测定。降雨过程中分别测定了降雨总量、降雨历时、前期降雨、>20 mm/h降雨量及最大降雨强度5个因子,优先流过程中测定了优先流流量、历时、对降雨响应的滞后时间、峰值流量4个因子。分析结果表明,降雨对优先流的制约关系十分明显。影响优先流流量的主要是降雨总量,影响优先流历时的主要是降雨历时和降雨总量,影响优先流峰值流量的主要是降雨总量。采用强迫引入法,建立了优先流因子与降雨因子回归方程。     

长江三峡花岗岩坡面管流在壤中流中的作用

 大孔隙中运动的水流称为管流,管流是优先流的一种形式。在花岗岩地区,管流是一种普遍现象。为研究管流在壤中流中的作用,在长江三峡花岗岩坡面 ,选择了受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地,研究长江三峡花岗岩坡面管流过程和土壤渗流过程。结果表明:管流的出现较渗流出现时间迟 ,但其结束的时间较渗流早。管流与渗流峰值出现时间存在一定差异,在所研究的2场降雨中,管流达到峰值的时间比渗流提前约1～2h以上。同渗流一样 ,管流流量及其过程,主要受由降雨引起的下渗水分影响和制约,管流流量的大小变化,与渗流存在一定差异,但总体上,与渗流流量的变化趋势一致 ,即在管流产流时段,渗流流量增大时,管流流量也随之增大。管流水分通量远大于渗流的水分通量,它对于提高壤中流流量和水分通量,具有促进作用。在不同降雨过程中,管流对壤中流的作用也存在差异,即降雨量越多,降雨强度越大,管流的特性表现得越明显,对壤中流的贡献也越大。     

长江三峡花岗岩坡面管流与渗流实验研究

以优先流形式运动的土壤水分运动过程不遵从达西定律，管流是优先流的一种形式。为研究管流对土壤水分运动的影响，在长江三峡花岗岩坡面，选择了一受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地。采用双环渗透筒法分层测了不同层次土壤的水分渗透特性，用自记流量计测定了管流过程和土壤渗流过程，同时进行了降雨过程的观测。对数场降雨、管流及渗流过程数据分析结果表明，由花岗岩风化而成的土壤水分入渗性能较好，在所划分的7层土壤水分渗透过程中，地表层0-10cm的土层水分渗透性最差，可能是由于地表层的黏粒含量较高，土壤质地较细所至，不透水层距地表深度约为150～200cm．坡面渗流主要产生于该深度之上。在降雨初期，渗流以非饱和流的形式流动，土壤大孔隙通道内无法形成快速连续的水流，因此不能产生管流。随降雨历时延长，土壤水分含量逐渐达到饱和状态，开始有管流产生，因此，相对于坡面渗流，管流总是于其后产生。可以推断管流的产生需要有更高的土壤水分含量。     

《长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟》内容简介

由北京林业大学张洪江教授等撰写的《长江三峡花岗岩地区优先流运动及其模拟》,于2006年1月由科学出版社出版。全书40万字。该书对优先流的研究史、基本内涵和研究进展进行了较为系统的总结,并以长江三峡花岗岩区优先流为研究对象,以湖北省秭归县曲溪小流域为试验基地,选择曲溪小流域内典型林地坡面,采用剖面灌水法分析了优先流路径在土壤剖面上的水平分布和垂直分布特征,并从自然降雨条件下优先流的发生发展过程着手,对长江三峡花岗岩区林地优先流水文特性和发生发展规律进行了研究。通过观测降雨、地表径流、沟道径流、剖面渗流、优先流过…     

长江三峡花岗岩坡面林地优先流与地表径流关系

为研究优先流与地表径流的关系,在长江三峡花岗岩坡面,选择了一受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地。采用自记流量计记录优先流过程,在小流域出口处设置90°薄壁三角堰和水位计记录了地表径流过程,并对不同层次土壤物理性质进行了测定。结果表明,优先流流量主要决定于产流次雨量及前期影响雨量。优先流峰值总是晚于地表径流峰值出现,从优先流与地表径流峰值出现时间的差异看,优先流的出现使得地表径流峰值出现时间推迟,历时过程延长。当优先流与地表径流流量过程线为双峰时,二者线性关系不明显。当优先流与地表径流流量过程线均为单峰时,二者存在一定的线性关系,其线性关系随着产流次雨量及前期影响雨量的不同而有所差异     

长江三峡花岗岩区林地优先流影响因子分析

为了研究三峡地区花岗岩林地优先流影响因子，在长江三峡地区曲溪小流域内选定的实验坡面下部，垂直开挖了一个长度为2．9m、深度为2．60m的土壤剖面。在降雨过程中观察优先流过程，分析降雨对优先流的影响。同时对该地区的土壤物理性质和土壤渗透特性进行了测定，分析其对优先流的影响。分析结果表明，影响长江三峡花岗岩区优先流产流的降雨量在26mm（24h降雨量）以上。长江三峡库区的降雨可分为递减降雨型、均匀降雨型、突发降雨型及峰值降雨型4种类型，不同降雨类型对应的优先流过程都表现出相应的降雨过程特征。不同降雨类型的优先流出现时间也各有差异，峰值降雨型降雨产生的优先流出现时间最早，其次是突发降雨型、递减降雨型、均匀降雨型。当一场降雨中的最大降雨强度〉0．075mm／min时，就有可能产生优先流。非毛管孔隙比例较大的土壤中容易形成优先流。研究区林下土壤中粗颗粒含量呈现出由上层至下层逐渐增多的趋势。对于较深层次土壤来说，它们含有的较粗颗粒有利于优先流的形成。优先流的存在使距地表83～110cm土层中土壤稳渗速率较其他土层得以大幅度提高，土层内快速运动的水流又加速了优先流的形成与发展。     

基于非均匀性和分形维数的黄土优先流特征定量分析

该文以陕西泾阳南塬边坡黄土为例开展示踪剂试验,通过改进的优先流入渗深度和入渗量非均匀性系数,研究黄土优先流的入渗量、入渗深度、含水率、孔隙率、分形等参数的相互关系及其内在规律。结果表明:1)入渗量越大,优先流入渗深度的非均匀性越明显;2)初始含水率越高,优先流发育程度越低,而湿润锋迹线的分形维数越小;3)黄土孔隙率越大,优先流入渗深度的非均匀性越明显,且入渗深度值波动范围也相对较大;4)同一类型的黄土,其试验尺度大小对湿润锋迹线的分形维数没有明显影响;5)在0.5倍黄土优先流最大入渗深度范围内,分形特征值越大,优先流非均匀程度越强,优先流越发育;6)在没有明显优先流渗流通道情况下,90 mm地表灌溉水量,其最大入渗深度不超过120 cm。考虑正常蒸发和没有裂缝的前提下,地表灌溉水并不容易直接导致地下水位上升。由此推断,优先流在地表水向地下水转换过程中发挥着重要作用。同时,优先流对黄土滑坡的影响不容忽视。研究可为深入揭示黄土优先流渗流特征与黄土优先流滑坡的内在联系提供依据。     

北京昌平区农地土壤优先流影响硝态氮运移的试验分析

为了探讨在优先流影响下农地土壤水分与溶质的运移规律,以昌平农地土壤为研究对象,通过原状土取样和分层填充制备实验土柱,模拟存在优先流和平衡入渗2种水分下渗过程,分析优先流对农地土壤中硝态氮运移的影响。结果表明:相较于平衡入渗,存在优先流的土壤中硝态氮运移的速率更快、数量更多,且其穿透曲线表现出拖尾现象。优先流的存在会使土壤的水分出流速率达到平衡入渗过程的1.48～2.69倍,且波动程度较大;受其影响,硝态氮运移表现出快速、大量下渗的特征,原状土柱中NO3-的穿透时间为12 h,此时的孔隙体积为0.36,相较于填充土柱分别减少了57%和27%。此外,原状土柱中以NO3-标记的优先流占水流总量的43.83%,引起的NO3-累计淋出量占总量的97.60%,这表明有限的优先流流量能够引起绝大部分的硝态氮运移。土壤优先流还使得其穿透曲线表现出拖尾现象,这可能是由于优先流和基质流之间下渗速率的不平衡造成的。     

降雨特征对南亚热带马尾松人工林降水分配格局的影响

探究马尾松人工林降雨特征对降水分配格局的影响,为南亚热带人工林经营管理提供科技支撑。依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站降水分配观测场,采用野外定位研究方法,以30年马尾松人工林为研究对象,观测了2018年1—12月的林外降雨、林内透流、干流和冠层截留。结果表明:研究区年降雨总量1303.6 mm,马尾松林的透流、干流及截留量分别占同期降雨的60.9%,0.4%,38.7%。产生透流和干流的最小雨量分别为0.4,2.2 mm。4个降雨特征指标中(雨量、雨强、历时和2次降水间隔时间),降雨量在马尾松降水格局分布中影响最大,雨强和历时对透流量、透流率、干流量、冠层截留量及冠层截留率均有显著影响,而2次降水间隔时间仅对透流量、干流量和冠层截留量有显著影响。SPSS多元线性回归分析表明,3个冠层水文分量对降雨特征的响应并非同步,降雨特征对林内透流和截留的影响大于干流。     

太行山区人工油松林对坡面入渗产流的影响

通过径流小区试验对太行山区人工油松林与灌草地的坡面产流入渗特征进行比较分析研究.结果表明:2种植被覆盖下的坡面产流量较小,入渗量较大.随着降雨量增加,坡面产流量和入渗量均呈增大的趋势.小降雨量时,松林小区的坡面产流量和入渗量均比荒坡小区的小;大降雨量时,松林小区的坡面产流量比荒坡小区的大,入渗量仍比荒坡小区的小.在一次降雨过程中,松林小区的出流历时长于荒坡小区的.大强度降雨时,松林小区出流的峰值流量和出流量均大予荒坡小区的;小强度降雨时则相反.土壤含水率较高是可能造成松林小区降水入渗量小,壤中流量大,出流历时长和洪峰流量暴涨暴跌的主因.     

黄土高原南部黄土渗流特征的染色示踪研究

为探究黄土中的渗流特征,明确不同初始条件对优先流的影响程度,使用亮蓝和离子染色剂,并控制入渗水量和初始含水率,在黄土高原南部进行染色示踪试验,根据获取的染色剖面图像,从定性和定量2个方面分析了优先流程度。结果表明:亮蓝染色剂在黄土中的染色深度有限,而离子染色剂经显色反应后能很好地示踪水的渗流;黄土高原南部黄土中优先流类型随土层深度从小到大为基质流—非均质指流—高相互作用大孔隙流—混合相互作用大孔隙流;优先流评价指数试坑A(0.55)＞试坑C(0.48)＞试坑B(0.46),优先流程度由高到低为试坑A—试坑C—试坑B;在其他条件相同时,黄土中更多的入渗水量、更大的初始含水率抑制优先流的发育,使基质入渗深度更大,基质流程度更高,优先流程度降低。研究结果可为黄土地区灾害防治、探明地下水污染机制提供参考。     

基于稳定水同位素和原状土柱的贡嘎山原始森林暴雨入渗过程

在贡嘎山原始森林不同土壤质地的样地采集制备原状土柱,监测并分析2020年夏季2场暴雨期间入渗出流过程及出流水稳定同位素(δ¹⁸O)变化特征。结果表明：(1)海拔2 649 m的富含砾石的粉壤土样地A在8月6日和8月11日次降雨后平均总出流量(分别为4.14,14.61 L)比海拔3 000 m的粉壤土样地B(1.45,11.99 L)大。样地A的出流过程对降雨的响应也更敏感。(2)出流水的同位素变化幅度小于降雨同位素变化幅度,入渗过程中新旧水混合强烈。(3)2个样地出流水来源和运移路径的变化模式存在明显差异。样地A在初始降雨峰值时体现出极高的降雨贡献和快速触发的优先流路径,出流消退中逐步体现活塞流特征;样地B在相对缓慢的入渗过程中以活塞流为主导,新旧水交换程度更高。因此,较高的有机质和砾石含量以及较大雨强有利于优先流产生,优先流和活塞流的产生转变过程对于降雨强度变化有着快速响应,这对于流域的含水层补给和溶质运移等过程可能产生进一步影响。     

土壤优先流模型理论与观测技术的研究进展

优先流是土壤中常见的和重要的水流运动和溶质运移形式。由于土壤优先流的形成和影响因素众多、表现形式多样,加之土壤优先流的快速非平衡特征明显以及土壤高度的空间变异性,准确描述和模拟土壤优先流的时空变化特征一直以来都是土壤水文学界的热点问题和难点问题。该文从优先流的定义、表现类型、形成和影响因素、模型理论与观测技术等5个方面综述了土壤优先流的研究进展,指出该领域今后的主要研究方向为建立土壤优先流的统一判别标准、提升优先流模型理论的有效性、发展优先流的专用观测技术设备。文章对深入研究土壤优先流具有参考价值。     

降雨强度对优先流特征的影响及其数值模拟

为了研究优先通道发育程度对不同降雨强度下优先流特征的影响,该文选取不同深度的田间原状土样,在不同降雨强度下进行土壤优先流的室内物理模拟试验,并采用双渗透介质模型Hydrus-1D对优先流发育过程进行数值模拟。结果表明:优先通道越发育,其优先流程度越高。降雨强度对优先流速率及其增加幅度的影响随土壤优先通道发育程度的增加而增加。优先通道发育的土柱,降雨强度越大时,其土柱下端初始出流时间越短,而优先通道一般发育的土柱,其土柱下端初始出流时间均随降雨强度增加呈先减小而后增加的规律。当降雨强度小于土柱最大导水能力(原状土柱表面出现积水时的导水能力)时,优先流速率随降雨强度增加而显著增加,而当降雨强度接近或大于其最大优先导水能力时,优先流速率增加缓慢或趋于稳定。土壤优先通道对降雨入渗的导水能力(即优先流速率与降雨强度之比)随降雨强度增加而变小。双渗透介质模型能较理想地模拟优先流发育过程,对土壤基质向大孔隙排水过程的模拟较差,但模型不适用于裂隙发育的土壤。各土柱的优先流程度为93.6%~99.9%。在研究降雨强度对优先流的影响规律时,该研究考虑了优先通道发育程度对此规律的影响,丰富了优先流理论,同时对农业节水、土壤污染迁移、地下水污染风险评价以及滑坡机理等研究方面具有重要的科学意义。     

岩土二元介质坡地非饱和渗流特征试验研究

为了研究岩土特性对坡地降水转化及再分布的影响，利用自行设计的大型渗透仪，对扰动组合岩土体天然降雨条件下的非饱和渗流特征进行了试验研究。结果表明：在进行岩土非饱和渗流计算时，岩体层应依据双重介质模型，并充分考虑岩块与裂隙填充物的不同，按照两者的体积含水率和体积大小分别计算其水分含量并求和得到岩体层的水分含量；下部相对弱透水层与相对高含水层的存在是壤中流发生的主要条件，在岩土水分含量较高的情况下，当降雨入渗到土壤与岩石交界面后，沿岩土界面产生侧向优先流，该优先流在水平和垂直方向交互作用引起水分在岩体裂隙中快速入渗；裂隙岩体的风化程度对非饱和渗流具有重要影响，在强风化的裂隙岩体中，水分不仅在裂隙网络中运动，同时由于岩块的风化分异，岩块的表层也参与了部分水分运动。     

室内小流域降雨产流过程试验

该研究采用新型的小水流流量自动观测系统,在室内小流域模型上进行了不变雨强和变雨强模拟降雨试验,实时观测了模型流域各沟道的产流过程。试验进行了不同降雨强度(25、50、75、120mm/h)和不同降雨历时(5、10、15min)组合的12次降雨试验,同时进行了30-70mm/h和70-30-70mm/h的变雨强降雨试验。在不变雨强的条件下,仪器与人工测量所得稳定流量的最大平均相对误差仅为2.02%。测量得到的流量过程线呈现出起流、稳定和退水3个明显的阶段。其中,起流和退水过程涨落的剧烈程度、稳定阶段的流量大小随雨强增大而增大,稳定阶段的持续时间与降雨历时成正比。空间上,主沟出口的产流过程明显滞后于支沟出口的产流过程,且其两者之间具有一致的流量过程。在变雨强的情况下,流量过程线没有稳定的阶段,流量随雨强变化而变化。该研究对于深入理解流域产流过程具有重要意义,可为相关的模型研究提供可靠的试验支持。     

基于原型观测与DEM的强风化花岗岩小流域水文过程模拟

为了解华南花岗岩小流域特殊的产流机制,以土壤为砂壤土、基岩为强风化花岗岩的中山大学珠海校区滨海小流域作为研究对象,观测了2个分别代表森林、灌丛覆盖的5 m×10 m的径流试验场的产流过程和土壤含水率变化过程。观测结果表明超渗产流、优先流是试验场的重要产流方式,壤中流（尤其是在土壤-基岩界面上产生的壤中流）对试验场的总产流量也有较大贡献。在径流试验场原型观测基础上,建立了一个基于数字高程模型（DEM）的、包括地表径流、壤中流和基岩裂隙出流的三水源小流域水文模型。利用9次降雨径流过程对模型参数进行率定,利用4次降雨径流过程进行验证,模型的率定、验证均取得了良好的拟合效果。根据模型的模拟结果,在径流的起涨阶段地表产流贡献最大,而基岩裂隙出流对退水过程贡献明显。综合试验场原型观测结果与模型模拟结果得出结论：明显的壤中流和基岩裂隙出流是华南花岗岩小流域显著的产流特点。     

红壤丘陵区坡地降雨壤中流产流过程试验研究

在红壤丘陵区，对自然降雨条件下坡地（上层0～40cm，下层40～110cm）降雨壤中流产流过程进行了研究，结果表明：不同土地利用方式下，油茶林壤中流产流量大于同层恢复区；壤中流峰值流量恢复区大于同层油茶林；油茶林壤中流产流过程较恢复区开始早、结束晚。随着土层加深，滞后时间延长。同一土地利用方式下，产流量、峰值流量、滞后和拖尾均为上层小于下层。壤中流对降雨及地表径流的响应均为上层快于下层。不同的降雨类型，壤中流产流机理不同。峰值型降雨壤中流产流过程滞后时间较小，壤中流产流类型多为驱赶流。     

基于遥测雨量数据的地形对降水特性的影响研究

以浙江省东部的宁波市鄞州区为例,采用15 min间隔的遥测降水数据,根据最小事件间隔时间对降水事件进行划分,探讨了地形对降水特性的影响在时间和空间上变化的复杂性。结果表明,不同年份年降水总量及降水频次与高程的相关关系较为显著,山区降水次数的增多对其降水量的增大有一定影响。另一方面,降水强度及历时与高程的关系比较复杂,地形对各种天气条件控制下不同类型降水的影响并不一致。降水强度小于2 mm/h以及降水历时介于2～5 h的降水频次随高程增大存在增加的趋势,且不同年份的这种增长趋势较为接近;而其它高强度、短历时或长历时的降水频次与高程的关系则比较复杂,地形对这些类型降水的影响具有较大的随机性。